范雨航, 顧濤, 王雨婷

（蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，江蘇蘇州215104）

0 引 言

本文所述連接軸是某型號銑削加工中心中的一個零件，連接軸的一端與加工中心機械結(jié)構(gòu)連接，另外一端的腔體內(nèi)安裝傳感器，并與電器控制結(jié)構(gòu)相連。連接軸的制造精度將影響傳感器獲得的信號精度，進而影響整個加工中心的精度。

1 連接軸特征及加工要求

連接軸的特征及主要加工尺寸如圖1所示，該連接軸在形狀上呈異形狀，主要由橢圓柱、圓柱、螺紋孔、光孔、腔體、圓角等特征組成，其中直徑為32 mm圓柱的軸線和右側(cè)臺階面是該連接軸的基準。

圖1 連接軸零件圖

連接軸的材料為AL7075-T6，AL7075為鋁合金，其在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，切削性能好，加工變形小，容易控制粗糙度。連接軸的主要加工內(nèi)容及要求如表1所示。

此連接軸的主要加工難點為φ32 mm圓柱的形狀尺寸，φ24 mm圓柱、橢圓柱的形狀尺寸和位置尺寸，φ5.5 mm孔、φ1.5 mm孔的形狀尺寸和位置尺寸。此外，該連接軸為異形零件，需要多工序加工完成，各工序特別是精加工工序的定位及裝夾誤差會影響整個零件的精度。

表1 主要加工內(nèi)容 mm

2 連接軸加工工藝設(shè)計

根據(jù)該連接軸的形狀特征及外形尺寸，選用AL7075-T6 棒料作為毛坯，毛坯尺寸為直徑60 mm,長度70 mm。

根據(jù)先粗后精的原則，以一次裝夾作為一道工序，對連接軸進行工序劃分。連接軸共分5道工序完成加工，具體工序劃分如表2所示。

粗車選用SK6136i型平床身數(shù)控車床，以毛坯定位，三爪自定心卡盤裝夾，選用山特維克85°外圓車刀。粗車時以盡量提高效率為原則設(shè)定切削參數(shù)，設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速n=2600 r/min，切削深度ap=3 mm,進給量f=0.25 mm/r。粗車工藝過程尺寸如圖2所示，左右端面車平并保證零件總長，右端面上打中心孔，各位置直徑方向留1 mm精加工余量，長度方向留0.5 mm精加工余量。粗車左端時夾持毛坯，車端面，車φ31 mm 外圓、車φ33 mm外圓、車φ67 mm外圓。粗車右端是掉頭裝夾，夾持已加工的φ33 mm外圓，車端面，打中心孔，車φ21 mm外圓、φ25 mm外圓。

表2 工序劃分

圖2 粗車過程圖

精車選用FTC-10型斜床身數(shù)控車床，采用一夾一頂裝夾方式，三爪卡盤夾持粗車完成的φ31外圓，活動頂尖頂右端面中心孔，精車φ32 mm外圓和φ24 mm外圓，由零件圖可知，φ24 mm外圓相對于基準的位置度為0.05 mm，要求比較高，并且在后續(xù)的加工中φ32 mm外圓和φ24 mm外圓會作為加工其他內(nèi)容的基準，所以需要提高加工精度，位置度誤差要求小于0.02 mm。在數(shù)控加工中，提高加工特征之間的相互位置精度的最有效方法就是在一次裝夾中完成加工，避免多次裝夾產(chǎn)生的定位誤差和裝夾誤差。精車時選用山特維克55°右偏外圓刀精車φ24 mm外圓，選用山特維克55°左偏外圓刀精車φ32 mm外圓，兩個外圓在一次裝夾中車削完成，保證相互的位置精度。

銑削左端時，有多個方向需要加工，如果采用傳統(tǒng)立式加工中心加工，就需要多次裝夾才能加工完成，而每次裝夾都會產(chǎn)生定位誤差和裝夾誤差，無法保證精度，為保證φ5.5孔和φ1.5孔相對于基準的位置度，選用DMG DMU65五軸聯(lián)動加工中心一次加工完成。以精車完成的φ24外圓作為基準，采用三爪卡盤加軟爪裝夾。

銑削右端主要就是銑削橢圓柱，并加工螺紋孔，選用HV-40A立式加工中心。由于橢圓柱與整個連接軸存在一個角度關(guān)系，為提高加工精度及加工效率，設(shè)計專用夾具進行裝夾，專用夾具如圖3所示。夾具采用一面兩銷定位，松開時氣缸帶動圓錐塊向下運動，3個卡爪克服彈簧壓力向外運動，松開工件；夾緊時氣缸向上運動，3個卡爪在彈簧壓力作用下向內(nèi)運動，夾緊工件。通過調(diào)節(jié)彈簧后面的螺釘，可以調(diào)整彈簧預緊力，從而調(diào)整夾具的夾緊力大小。

圖3 夾具示意圖

3 五軸加工刀具軌跡規(guī)劃

銑連接軸左端時，加工特征較多，有外形輪廓、型腔、孔等特征，各個加工特征的加工刀軸矢量也不同，采用UG NX 12.0軟件編制銑削連接軸左端的五軸加工刀具軌跡。連接軸左端加工步驟如表3所示。

表3 銑左端加工步驟

設(shè)置加工坐標系位于連接軸左端面中心，Z軸平行于連接軸軸線，選擇連接軸模型作為加工部件，選擇上一工序完成后的工件模型作為毛坯。

選用型腔銑加工方式，設(shè)置刀具為D10RO端銑刀，切削深度為1.5 mm，余量設(shè)置為0.3 mm，得到輪廓粗加工刀具軌跡如圖4所示。選用型腔銑加工方式，設(shè)置刀具為D8RO端銑刀，設(shè)置切削方式為沿輪廓，切削深度為15 mm，余量設(shè)置為0 mm，得到輪廓精加工刀具軌跡如圖5所示。

圖4 粗加工輪廓

圖5 精加工輪廓

圖6 精加工圓角

選用固定軸輪廓銑加工方式，設(shè)置刀具為D6R3球頭刀，選擇圓角面作為加工區(qū)域，設(shè)置步距為0.2 mm，切削角度為45°，得到精加工圓角刀具軌跡如圖6所示。

選擇平面銑加工方式，設(shè)置刀具為D5R0端銑刀，選擇腔體輪廓線為驅(qū)動邊界，選擇腔體底面為加工底面，設(shè)置加工刀軸矢量為-Y，以實現(xiàn)五軸定向加工，設(shè)置每刀加工深度為1.5 mm，設(shè)置余量為0.3 mm，得到腔體粗加工刀具軌跡，如圖7所示。復制操作，將每刀加工深度改為10 mm，將余量改為0 mm，得到腔體精加工刀具軌跡，如圖8所示。

圖7 粗加工型腔

圖8 精加工型腔

選用鉆孔加工方式，設(shè)置刀具為90°定心鉆，在φ1.5孔心位置打中心孔，深度為1 mm,在φ1.5孔加工完成后，孔口會留有C0.25倒角，在φ5.5孔心位置打中心孔，深度為3.25 mm,在φ5.5孔加工完成后，孔口會留有C0.5倒角。選用鉆孔加工方式，設(shè)置刀具為D5.3麻花鉆，選擇2個φ5.5孔，鉆孔深度為貫通。選用鉆孔加工方式，設(shè)置刀具為D1.3麻花鉆，選擇4個φ1.5孔，鉆孔深度為6.5 mm。選用鉸孔加工方式，設(shè)置刀具為D5.5鉸刀，選擇2個φ5.5孔，鉸孔深度為貫通。選用鉸孔加工方式，設(shè)置刀具為D1.5鉸刀，選擇4個φ1.5孔，鉸孔深度為6 mm?？准庸さ毒哕壽E如圖9所示。通過NX12軟件仿真加工，得到仿真加工結(jié)果模型，如圖10所示，對仿真加工結(jié)果與連接軸模型比對，連接軸左端銑削加工結(jié)果符合要求。

圖9 孔加工

圖10 仿真加工結(jié)果

4 結(jié) 語

連接軸作為機床機構(gòu)中的重要零件，具有尺寸精度及位置精度要求高的特點，在分析連接軸結(jié)構(gòu)特點和加工要求后，設(shè)計連接軸的加工流程。針對連接軸兩端圓柱同軸度要求高的特點，采用一夾一頂裝夾方式，在一次裝夾中用右偏刀加工右端圓柱，左偏刀加工左端圓柱，提高同軸度。針對銑削右端橢圓柱時的角度要求，設(shè)計了一種一面兩銷定位、氣動裝拆的專用夾具。針對連接軸左端特征相對基準位置要求高，采用五軸定向加工，一次裝夾完成左端所有加工內(nèi)容，并使用NX軟件規(guī)劃左端加工刀具軌跡，完成仿真加工，經(jīng)對比符合加工要求。